氮磷硼复合膨胀型木材阻燃剂改性木材的FTIR分析

木材是一种可再生的绿色环保材料, 因其具有良好的视觉特性、触觉特性、调温调湿机能和较高的强重比而被人们喜爱, 但木材固有的易燃性也给人类带来了巨大的灾难。据统计, 1997年我国火灾事故达14万起, 2001年上升至21万多起, 直接经济损失超过15亿元。因此, 预防火灾、减少火灾损失是一个亟待解决的问题[1]。为了降低木材的火灾隐患, 必须

对木材及木制品进行阻燃处理。研究和开发适合我国国情的木材阻燃剂和木材阻燃技术是摆在木材科学工作者面前的重要任务之一[2]。氮磷硼复合膨胀型木材阻燃剂是本课题组自行研制开发的木材阻燃产品, 具有无毒、无污染、阻燃效率高、基本不增加木材吸湿性的特点。以该阻燃剂处理过的木材经测试其物理力学性能可达到国家一级品标准, 阻燃性能达到JISD1322—77难燃一级标准。本研究采用傅里叶变换红外光谱 (FTIR) 法测得了氮磷硼复合膨胀型木材阻燃剂改性木材和未处理普通木材的FTIR图谱, 并通过FTIR图谱的比较分析, 探讨了氮磷硼复合膨胀型木材阻燃剂与纤维界面间的结合机理。

1 实验

1.1 试验材料

氮磷硼复合膨胀型木材阻燃剂改性柯木和杨木, 未处理普通木柯木和杨木。

1.2 测试方法

试样制备:将氮磷硼复合膨胀型木材阻燃剂改性木材和未处理普通木材分别研磨成木粉, 并按一定比例与溴化钾充分混合均匀, 然后压片并进行傅里叶变换红外光谱分析。

测试仪器:美国尼力高公司生产的MANGNA560型傅里叶变换红外光谱仪。

2 测试结果与分析

用傅里叶变换红外光谱 (FTIR) 仪对氮磷硼复合膨胀型木材阻燃剂改性柯木和杨木, 未处理普通木柯木和杨木制备的压片试样测试结果见图1~图4。

2.1 氮磷硼复合膨胀型木材阻燃剂改性柯木和杨木的重要普带分析

如图1和图3所示, 氮磷硼复合膨胀型木材阻燃剂改性柯木和杨木的FTIR谱图主要吸收峰的归属如下: (3500~3200) cm-1为O—H伸缩振动; (2980~2820) cm-1为脂肪族的C—H伸缩振动; (2390~2280) cm-1为CO2的吸收峰;~1739cm-1为乙酰基等的C=O伸缩振动;~1698cm-1为氮磷硼复合膨胀型木材阻燃剂特征吸收峰;~1640cm-1为脲醛树脂的C=O伸缩振动;~1600cm-1为苯环骨架的伸缩振动;~1510cm-1为芳香族的C=C弯曲振动;~1420cm-1为—CH2和—CH的弯曲振动;~1365cm-1为—CH的弯曲振动;~1210cm-1为脂肪族的C—O—C伸缩振动;~1050cm-1为纤维素的C—OH伸缩振动。

如图1和3所示, 分别在2359.73cm-1、2360.83cm-1和2359.04cm-1处出现一个CO2的吸收峰, 这不是氮磷硼复合膨胀型木材阻燃剂改性柯木和杨木的特征吸收峰, 而是由于在利用傅里叶变换红外光谱 (FTIR) 仪测试试样时未使用氮气保护造成的。1698cm-1左右处出现了氮磷硼复合膨胀型木材阻燃剂的特征吸收峰。说明新型氮磷硼复合膨胀型木材阻燃剂在改性的柯木和杨木中, 性能未受到任何负面影响, 新型氮磷硼复合膨胀型木材阻燃剂在氮磷硼复合膨胀型木材阻燃剂改性柯木和杨木中仍可保留其优异的阻燃性能。

2.2 氮磷硼复合膨胀型木材阻燃剂与纤维的界面分析

从图1~图4中可以看出, 氮磷硼复合膨胀型木材阻燃剂改性柯木和杨木, 未处理普通柯木和杨木的FTIR谱均基本相似, 变化不大, 比较突出的区别在于1698cm-1左右处氮磷硼复合膨胀型木材阻燃剂改性柯木和杨木均出现了氮磷硼复合膨胀型木材阻燃剂特征吸收峰, 而未处理普通柯木和杨木则没有。正是因这种界面结合方式的存在, 减少了由于氮磷硼复合膨胀型木材阻燃剂的加入对氮磷硼复合膨胀型木材阻燃剂改性柯木和杨木物理力学性能产生的不利影响, 可使氮磷硼复合膨胀型木材阻燃剂改性柯木和杨木保持原有的优异性能。

3 结语

氮磷硼复合膨胀型木材阻燃剂改性柯木和杨木FTIR图谱中均出现了氮磷硼复合膨胀型木材阻燃剂的特征吸收峰, 说明新型氮磷硼复合膨胀型木材阻燃剂在改性的柯木和杨木中, 性能未受到任何负面影响, 新型氮磷硼复合膨胀型木材阻燃剂在氮磷硼复合膨胀型木材阻燃剂改性柯木和杨木中仍可保留其优异的阻燃性能。通过对氮磷硼复合膨胀型木材阻燃剂改性柯木和杨木, 未处理普通柯木和杨木的FTIR谱的对比分析表明, 氮磷硼复合膨胀型木材阻燃剂改性柯木和杨木中氮磷硼复合膨胀型木材阻燃剂与纤维的界面间很可能以物理结合为主。

摘要：采用傅里叶变换红外光谱 (FTIR) 法测得氮磷硼复合膨胀型木材阻燃剂改性木材和未处理普通木材的FTIR图谱, 探讨了氮磷硼复合膨胀型木材阻燃剂与纤维界面间的结合机理。

关键词：傅里叶变换红外光谱 (FTIR) ,氮磷硼复合膨胀型木材阻燃剂改性木材,氮磷硼复合膨胀型木材阻燃剂

参考文献

[1] 骆介禹.木材阻燃的概况[J].林产工业, 2000, 27 (2) :7～9.

[2] 胡云楚, 刘元, 吴志平, 等.木材的化学组成与阻燃技术的发展方向[J].木材工业, 2004, 18 (4) :28～31.